一种多路led灯电流控制装置的制造方法
【专利摘要】一种多路LED灯电流控制装置，涉及LED灯电流控制系统。设有PC控制界面、LED灯核心控制模块、LED灯恒流电流控制模块；核心控制模块设单片机、通讯和数模转换模块；恒流电流控制模块设N路LED灯电流恒流控制器。核心控制模块和恒流电流控制模块通过接口连接。核心控制模块通过通讯模块接收到具体的命令从而执行相应的命令。PC控制界面对LED灯控制，核心控制板接收到用户设置的LED灯的电流值算出具体控制电压，单片机模块与数模转换模块通讯并给出控制电压输出到LED恒流电流控制模块；电流恒流控制器根据LED灯核心控制模块给出的控制电压和控制信号的高低电平控制外部的LED灯的电流值和亮灭情况。
【专利说明】
一种多路LED灯电流控制装置
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及LED灯电流控制系统，尤其是涉及一种多路LED灯电流控制装置。
【背景技术】
[0002] LED灯作为一种新型的电光源材料，以其效率高、节能好、寿命长、光色多等优点在 建筑物照明、景观照明、娱乐场、舞台照明、视频屏幕以及车辆指示照明等场合运用十分广 泛。LED灯的亮度和流过LED灯的正向平均电流成具有非线性固定对应函数关系，当流经LED 灯的平均电流增大时，LED灯的发光亮度也随之增大，因此控制LED灯的发光亮度实际上就 是控制流过LED灯的平均正向电流。对于照明光源来说最基本的要求就是亮度要稳定。目前 对于LED灯电流的控制方式主要有两种，恒压驱动和恒流驱动。如果采用恒压源作为LED灯 的驱动源，电压源微小的变化就会引起正向电流较大的变化，因此恒压源驱动无法满足日 常照明对光源亮度稳定性的要求。
[0003] 中国专利CN202168244U公开一种多通道LED驱动芯片输出电流控制装置;包括:多 路输出通道;和电流数据解码装置;每一路输出通道上分别连接有电流设置数模转换装置， 所述多个数模转换装置由电流数据解码装置控制。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的目的在于针对现有的大多数LED灯电流控制系统通讯距离较短等问 题，提供一种可提高多通道LED灯电流控制精度的一种多路LED灯电流控制装置。
[0005] 本实用新型设有PC控制界面、LED灯核心控制模块、LED灯恒流电流控制模块；
[0006] 所述LED灯核心控制模块包括单片机模块、通讯模块、数模转换模块;LED灯恒流电 流控制模块设有N路LED灯电流恒流控制器，N为1~24;
[0007] LED灯核心控制模块和LED恒流电流控制模块通过接口实现控制信号的连接。LED 灯核心控制模块通过通讯模块接收到具体的命令从而执行相应的命令。PC控制界面通过通 讯模块中的以太网通讯对多路LED灯进行长距离控制;LED灯核心控制板接收到用户设置的 LED灯的电流值，单片机模块与数模转换模块进行I2C通讯并给出高精度的控制电压输出到 LED恒流电流控制模块来控制LED灯的电流;LED灯核心控制模块接收到用户设置的LED灯 的亮灭情况，直接给出高低电平到LED恒流电流控制模块来控制LED灯的工作状态，LED灯电 流恒流控制器根据LED灯核心控制模块给出的高精度控制电压和控制信号的高低电平控制 外部的LED灯的电流值和亮灭情况。
[0008] 所述单片机模块可采用意法半导体公司生产的型号为STM32F217ZET的单片机。
[0009] 所述通讯模块的以太网通讯可采用美国国家半导体半导体公司(NSC)生产的以太 网收发器，其具体的型号为DP83848C;串口通讯可采用德州仪器有限公司生产的单通道RS-232线路驱动器/接收器，其具体的型号为ADM3101E。
[0010]所述数模转换模块可采用美国德州仪器公司生产的数模转换器，其具体的型号为 DAC7578。
[0011] 所述LED灯恒流电流控制器可采用凌力尔特公司生产的LED灯电流控制器，其具体 的型号为LT3954EUHE。
[0012] 本实用新型提供了一种多路LED灯电流控制装置，开发和设计控制界面与LED灯电 流控制系统连接，实现PC同时对多路LED灯的控制;本实用新型具有冗余性，理论上可以实 现对24路LED的同时控制;采用以太网通讯，实现远程控制LED灯;采用改进的控制算法，针 对LED灯的负载特性，对控制函数进行分段处理，并且在控制策略上加入比例项p和平移项 s，LED灯电流的控制精度达到2%;开放串口通讯接口，系统易于集成在各类智能照明系统， 控制方法简单。本实用新型采用带有内部闭环控制的LED灯电流控制器，减少了实时反馈电 流值到单片机这一环节，提高了系统的响应速度，并且实现对LED灯电流的高精度控制。本 实用新型可用于实验室关于LED灯亮度、发光频谱等特性的研究，适用于隧道LED灯亮度的 控制、酒吧舞厅等娱乐场所五颜六色LED灯的混合控制、道路路灯照明等运用，特别适用于 远程控制大功率LED灯的场合。
[0013] 与现有LED灯电流控制系统相比，本实用新型的有益效果是：
[0014] 本实用新型在简化电路结构设计的基础上，采用以太网通讯协议实现了上位机与 LED灯电流控制系统之间的远程控制;采用改进的控制算法，将控制系统同时控制多路LED 灯的精度提高到2% ;开放串口通讯接口，更易于集成在各类智能LED灯照明控制系统。
[0015] 本实用新型采用恒流源驱动LED灯，满足光源稳定性的要求。本实用新型采用以太 网通讯，解决了以往串口通讯距离短的问题，可以实现LED灯的远程控制；采用改进的控制 算法，在控制策略上加入比例项P和平移项s，使控制精度达到了2%;开放通讯协议接口，以 便与工业其他控制系统结合。本实用新型控制方法简单，易于实现，适用于隧道LED灯亮度 的控制、酒吧舞厅等娱乐场所五颜六色LED灯的混合控制、道路路灯照明等运用场合。本实 用新型也可用于实验室关于LED灯亮度、发光频谱等特性的研究，用于各类LED灯电流可控 的运用。本实用新型易于集成于各类智能照明控制系统，特别适用于远距离大功率LED灯的 控制。
【附图说明】
[0016] 图1是本实用新型实施例的电路组成框图。
[0017] 图中各标记为：1、PC控制界面;2、通讯模块;3、单片机模块;4、数模转换模块;5、 LED灯电流恒流控制器。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0019] 参见图1，本实用新型实施例设有PC控制界面1、LED灯核心控制模块、LED灯恒流电 流控制模块5;所述LED灯核心控制模块包括单片机模块3、通讯模块2、数模转换模块4; LED 灯恒流电流控制模块5设有N路LED灯电流恒流控制器，N为1~24。
[0020] LED灯核心控制模块和LED恒流电流控制模块5通过接口实现控制信号的连接。用 户在PC控制界面1设定控制系统的工作模式，LED灯核心控制模块通过通讯模块2接收到具 体的命令从而执行相应的命令。PC控制界面1通过通讯模块2中的以太网通讯对多路LED灯 进行长距离控制，通讯模块2中的串口通讯实现与其他智能LED灯控制系统的集成;LED灯核 心控制板接收到用户设置的LED灯的电流值，用改进的控制算法计算出具体的控制电压，单 片机模块3与数模转换模块4进行I2C通讯并给出高精度的控制电压输出到LED恒流电流控 制模块5来控制LED灯的电流;LED灯核心控制模块接收到用户设置的LED灯的亮灭情况，直 接给出高低电平到LED恒流电流控制模块来控制LED灯的工作状态，LED灯电流恒流控制器 根据LED灯核心控制模块给出的高精度控制电压和控制信号的高低电平控制外部的LED灯 的电流值和亮灭情况。
[0021] 所述单片机模块3可采用意法半导体公司生产的型号为STM32F217ZET的单片机。
[0022] 所述通讯模块2的以太网通讯采用美国国家半导体半导体公司（NSC)生产的以太 网收发器，其具体的型号为DP83848C;串口通讯采用德州仪器有限公司生产的单通道RS-232线路驱动器/接收器，其具体的型号为ADM3101E。
[0023] 所述数模转换模块4采用美国德州仪器公司生产的数模转换器，其具体的型号为 DAC7578。
[0024] 所述LED灯恒流电流控制器采用凌力尔特公司生产的LED灯电流控制器，其具体的 型号为 LT3954EUHE。
[0025] PC控制界面1通过上位机的网口传输控制命令到LED灯核心控制模块;LED灯核心 控制模块和LED恒流电流控制模块进行控制电信号连接;LED灯电流恒流控制器与LED灯进 行电气连接。系统由一块LED灯核心控制板和多块LED恒流电流控制板组成。
[0026] 本实用新型的PC控制界面1，用户可以点击TCP/IP进行相应的通讯协议参数的设 定和连接。通讯方式设定完成之后便可通过PC控制LED灯的工作情况。用户可以在命令发送 框中输入相应的命令更改每一通道的电流值和工作状态;用户也可以直接在界面上的通道 电流设置区输入对应通道的电流值，点击设置，拨动开关至0N状态，对应通道的LED灯便会 以相应的电流值工作。用户点击下一页选项，可以设置LED灯其他电流控制器的参数。用户 可以在LED灯工作的条件下更改其工作的电流值。
[0027] 本实用新型的单片机模块3所采用的单片机为意法半导体公司生产的单片机，其 具体型号为STM32F217ZET。该款单片机的显著特点是高性能和低功耗。具有多达3路I2C通 讯，理论上本实用新型可以拓展至对24路LED灯同时控制；芯片自带以太网模块，只需要外 接PHY芯片便可进行以太网通讯，实现10M/100Mb i t/s的数据传输速率;本单片机模块3主要 包括上电复位电路、晶振电路、SW下载调试电路和EEPR0M存储电路。
[0028] 本实用新型的通讯模块2的以太网通讯可采用美国国家半导体半导体公司（NSC) 生产的以太网收发器，其具体的型号为DP83848C，可以和单片机自带的以太网模块组成以 太网通讯，实现长距离控制LED灯的目的；串口通讯可采用德州仪器有限公司生产的单通道 RS-232线路驱动器/接收器，其具体的型号为ADM3101E，便于与其他工业控制产品结合。
[0029] 本实用新型的数模转换模块5采用美国德州仪器公司生产的数模转换器，其具体 的型号为DAC7578。这是一款低功耗、12位精度、基于I2C通讯、8通道DAC输出的数模转换器。 每一通道的输出电压V与单片机给定的数字量D之间的关系为：
[0031 ]当系统设定某一通道的电流值13时，实际上相当于设定输入LED灯电流恒流控制 器的电压值，也就是改变输入到数模转换器的数字量D即可。
[0032]本实用新型的核心模块是LED灯电流恒流控制器，可采用凌力尔特公司生产的LED 灯电流恒流控制器，其具体的型号为LT3954EUHE。它是一款DC-DC控制器，作为一个用于驱 动高电流LED灯的恒定电流源的核心部件，具有内部闭环控制的功能来稳定LED灯的电流 值。本控制系统采用Boost升压拓扑结构来驱动LED灯。单片机可以通过改变输入到该模块 的电平达到控制LED灯工作状态的目的。在特定的工作模式下，该驱动器驱动LED灯的电流 1 3与给定的电压值V具有以下关系：
[0034] 式中：RLED为电流采样电阻，阻值为0.039Ω。
[0035]由式（1)、（2)可得出：
[0037]从控制算法的角度出发，当给定系统一个通道的输出电流值时，实际上相当于控 制给定该LED灯电流恒流控制器的电压，因此单片机需要给定数模转换模块数字量D与给定 电流值Ia之间的关系为：
[0039]本控制系统采用改进的控制算法，将每一通道的电流控制关系进行3分段控制，并 且针对每一分段函数加入比例项P和平移项s，从而达到对多通道LED灯输出电流的高精度 控制，将LED灯电流控制精度提高至2%。控制关系如下所示：
[0041] 式中:P和S的取值根据具体的负载参数进行调节。
[0042] 系统采用了基于LT3954EUHE灯恒流控制器的升压拓扑电路，简化了电路设计，控 制简单，实现了电路的稳定工作。
【主权项】
1. 一种多路LED灯电流控制装置，其特征在于设有PC控制界面、LED灯核心控制模块、 LED灯恒流电流控制模块； 所述LED灯核心控制模块包括单片机模块、通讯模块、数模转换模块;LED灯恒流电流控 制模块设有N路LED灯电流恒流控制器，N为1~24; LED灯核心控制模块和LED恒流电流控制模块通过接口实现控制信号的连接;LED灯核 心控制模块通过通讯模块接收到具体的命令从而执行相应的命令;PC控制界面通过通讯模 块中的以太网通讯对多路LED灯进行长距离控制，单片机模块与数模转换模块进行I2C通讯 并给出控制电压输出到LED恒流电流控制模块来控制LED灯的电流;LED灯核心控制模块接 收到用户设置的LED灯的亮灭情况，直接给出高低电平到LED恒流电流控制模块来控制LED 灯的工作状态，LED灯电流恒流控制器根据LED灯核心控制模块给出的控制电压和控制信号 的高低电平控制外部的LED灯的电流值和亮灭情况。2. 如权利要求1所述一种多路LED灯电流控制装置，其特征在于所述单片机模块采用意 法半导体公司生产的型号为STM32F217ZET的单片机。3. 如权利要求1所述一种多路LED灯电流控制装置，其特征在于所述通讯模块的以太网 通讯采用美国国家半导体半导体公司生产的以太网收发器，其具体的型号为DP83848C。4. 如权利要求1所述一种多路LED灯电流控制装置，其特征在于串口通讯采用德州仪器 有限公司生产的单通道RS-232线路驱动器/接收器，其具体的型号为ADM3101E。5. 如权利要求1所述一种多路LED灯电流控制装置，其特征在于所述数模转换模块采用 美国德州仪器公司生产的数模转换器，其具体的型号为DAC7578。6. 如权利要求1所述一种多路LED灯电流控制装置，其特征在于所述LED灯恒流电流控 制器采用凌力尔特公司生产的LED灯电流控制器，其具体的型号为LT3954EUHE。
【文档编号】H05B33/08GK205648102SQ201620374008
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】柳娟, 林义煌, 孙玲玲, 陈曦, 仇存凯
【申请人】厦门大学